從第一個艙段曙光號在1998年發射升空開始計算的話,國際空間站已經運行了28年時間了,已經超期運行,如果按照設計壽命的話,國際空間站早就已經應該退役了。
然而,美國、俄羅斯方面并不想讓國際空間站那么早退役,所以延期它退役的時間,一直運行到現在。
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隨著在軌時間的延長,國際空間站的情況也會越來越多,最近這幾年經常傳出國際空間站出現空氣泄漏的問題,在6月5日,俄羅斯宇航員對泄漏的位置進行修復時,國際空間站另外5名宇航員進入到載人龍飛船緊急避險,如果出現突發情況就會乘坐載人龍飛船緊急撤離。經過大約2小時的維修后,俄羅斯宇航員暫停了修復工作,進入載人龍飛船緊急避險的宇航員也回到了國際空間站內。
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考慮到國際空間站服役時間很長了,而且不斷出現問題,沒法確保安全運行很長時間了,所以美國方面現在已經在制定國際空間站退役的方案了。
國際空間站和一般的航天器不一樣,因為它的尺寸實在是太大了,總重量接近400噸,長度達到110米、寬度達到88米,差不多相當于兩個足球場大小,是我們人類有史以來規模最為龐大、設施最為先進的人造天宮。
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如果是幾噸重、十幾噸的航天器,退役后直接墜落地球,基本上都會在大氣層中燒毀,最多只有少量殘骸沒法完全燃燒殆盡,就會墜落到地面或者大海。
國際空間站這么大,由很多艙段組成,在重返地球的過程中,并不會像一般的航天器那樣直接燒毀,到時候肯定會有非常多殘骸掉下來。而且,在進入大氣層后,在經受超過1000℃高溫灼燒的過程中,國際空間站會分解成很多更小的殘骸,殘骸會灑落到很大范圍的地方,甚至可能會給一些地面造成一定的破壞。
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所以,國際空間站的退役需要慎重對待,不能讓它自行重返地球,而是在可控的情況下,控制它在合適的時間、合適的位置重返地球,讓它的殘骸掉落到大海里。
NASA打算在未來幾年時間內,讓國際空間站在受控的情況下脫離飛行軌道。發射一臺專門設計的脫軌飛行器將國際空間站牽引著進入地球大氣層,讓國際空間站受控墜入特定海洋區域。
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此前,NASA就已經和SpaceX公司達成了一項8.43億美元的合同,按照約定,由SpaceX公司負責研制用于安全引導國際空間站美國艙段退役的“美國脫軌飛行器”。
按照計劃,SPaceX公司將在現有的“龍”飛船打造這一個“美國脫軌飛行器”,它將攜帶超過35000磅(大約為15.8噸)的推進劑,綜合能力比現役的龍飛船強大好幾倍。
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SpaceX 任務管理總監莎拉?沃克(Sarah Walker)表示,這個“美國脫軌飛行器”將有一個“增強型軀干部分”,將配備額外的推進劑罐,以及發動機、航空電子設備、發電設備等設備。
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“美國脫軌飛行器”計劃裝備多達46 個“天龍”Draco發動機,其中16個發動機安裝在太空艙上用于飛行姿勢的控制,另外30個發動機則裝備在軀干上。在對接到國際空間站后,這些發動機就會啟動,推著國際空間站脫離正常的運行軌道,從當前的大約400公里近地軌道下降到大約220公里的高度。
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隨后,國際空間站上的宇航員就會乘坐飛船撤離。這個過程耗時大約需要12個月到18個月時間,隨后當宇航員撤離后大約6個月后,“美國脫軌飛行器”開始推動國際空間站重返地球,在進入大氣層后,國際空間站就會劇烈燃燒起來,最后有一些沒法完全燃燒殆盡的殘骸會降落在一個無人居住的海域。
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國際空間站美國艙段退役的過程大致是這樣,實際操作起來會非常復雜,風險相當高。因為國際空間站主要由美國、俄羅斯的艙段組成,美國方面設計“美國脫軌飛行器”推動國際空間站美國艙段退役,而俄羅斯的艙段暫時沒有這樣的安排,意味著如果國際空間站退役時,俄羅斯的艙段可能沒有類似的“太空拖船”帶著返回地球,那俄羅斯艙段可能就會因為美國艙段的分離而失控,到時候可能就會出現大麻煩。
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而且,就算美國有“美國脫軌飛行器”也沒法確保這一次飛行任務的順利進行。因為美國艙段也很大、很重,在和俄羅斯艙段分離后,美國艙段也可能會因為姿態等原因而失控,到時候可能不會像想象中的那么順利受控重返地球。
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中國空間站如何應對
當前,出了國際空間站外,我們的空間站也在環繞地球飛行,服役的時間也會很長,達到十幾年甚至更長時間。而在服役的過程中,我們空間站也是一直處于惡劣的宇宙環境中,也面臨諸多風險。國際空間站頻繁出現空氣泄漏等情況,我們的空間站會不會也出現類似的情況呢?
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國際空間站出現空氣泄漏等情況,有很多方面的原因,其中一個原因就是它服役時間接近30年了,設備老化、金屬疲勞是正常的。除此之外,國際空間站在服役過程中,可能會遭到空間微小顆粒的撞擊,這也可能會導致國際空間站出現泄漏。
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從時間點角度來看,我們的空間站到現在才運行了5年多時間,還很“年輕”,暫時不存在金屬疲勞、設備老化的問題,所以從這個角度來看的話,我們的空間站暫時應該是不會存在類似國際空間站空氣泄漏等情況的。
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而從太空垃圾的角度來看的話,考慮到近地軌道存在無數空間小顆粒、空間小碎片,它們隨處飄蕩,飛行速度相當快。如果是尺寸比較大的空間小碎片,我們有能力監測、跟蹤,有需要的情況下,我們的空間站會主動變軌進行規避。
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而那些尺寸很小的小顆粒是沒法全部監測的,空間站沒法及時規避所有的空間微小顆粒,所以有時候確實是會有一些小顆粒會撞擊到我們的空間站。之前天和號核心艙太陽翼、神舟二十號飛船返回艙舷窗都曾經遭到空間微小顆粒的撞擊,我們的神舟十七號航天員進行出艙對天和號核心艙太陽翼進行了修復,而受損的神舟二十號飛船最后以不載人的方式返回地球。
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從神舟二十三號飛船開始,飛船返回艙舷窗玻璃就進行了加強,承受能力更強了。除了加強飛船的抗撞擊的能力外,我們也在加強空間站對抗空間微小顆粒、空間小碎片的能力。
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從神舟十八號飛行任務開始,我們的航天員就在出艙活動過程中,給中國空間站安裝空間碎片防護裝置,大大提高了中國空間站應對空間微小顆粒、空間小碎片威脅的能力了。
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除了加強空間站應對空間微小顆粒撞擊的能力外,我們還有更多的手段來保護航天員的安全。比如說載人飛船采用“發一備一”的模式,只要有航天員在軌執行飛行任務,在發射場就會有一艘新的飛船處于待命狀態,只要有需要,處于待命狀態的飛船可以快速發射上去,把航天員接回地面。
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